2. 莱州市柴棚畜牧兽医站, 莱州 261435
2. Laizhou Chaipeng Animal Husbandry and Veterinary Station, Laizhou 261435, China
随着我国奶牛饲养业的规模化、集约化发展，对饲料的需求量也在逐年增加，如何在实际生产中开发和利用潜在的非粮饲料资源，并应用于提高奶牛的生产性能，将成为加快奶牛饲养业发展和促进高效养殖的一个重要思路。啤酒糟(brewer’s grains,BSG)作为酿造啤酒时大麦发酵后产生的工业副产品，富含矿物质、维生素、氨基酸和过瘤胃蛋白质，其中过瘤胃蛋白质含量尤其丰富[1]，是一种极具开发潜力的非粮饲料资源。Merchen等[2]指出BSG中含有大量慢速降解蛋白质，能为瘤胃微生物的生长提供足够的氮，同时最大限度地减少瘤胃氮的损失，提高蛋白质过瘤胃率。Chiou等[3]研究表明，在泌乳奶牛饲粮中添加干物质(dry matter，DM)10%的湿BSG作为蛋白质源，和以大豆粉作为蛋白质源的饲粮相比，产奶量有所提高。Davis等[4]研究表明，BSG添加水平为饲粮DM基础的20%时奶牛生产性能不受影响，但添加水平为30%和40%时奶牛生产性能明显下降。也有报道表明，BSG饲喂不当不仅会造成生产上的浪费，也易造成奶牛流产、急性瘤胃酸中毒、繁殖障碍等严重后果[5]。目前，BSG在奶牛生产上的研究主要集中在产奶量上，而有关BSG是否能够提高饲粮的养分瘤胃降解率及表观消化率的研究鲜有报道。本试验使用尼龙袋法和内源指示剂法，探讨添加不同水平BSG对饲粮养分瘤胃降解特性及表观消化率的影响，以期为日后BSG在奶牛生产中的科学应用提供理论依据。
BSG、羊草(Leymus chinensis,LC)、花生蔓(peanut vine,PV)和精料均来自山东莱西某养牛场，经65 ℃烘干至恒重备用。经过分析测定，BSG、羊草和花生蔓的营养成分见表1。
 | 表1 啤酒糟、羊草和花生蔓的营养成分(干物质基础) Table 1 Nutrient composition of BSG, LC and PV (DM basis) % |
本试验采用4×4拉丁方设计，选取4头体况良好、体重(40.0±2.5) kg、安装有永久性瘤胃瘘管的崂山奶山羊。基础饲粮DM饲喂量为体重的3%，即每只每天1.2 kg，在此基础上分别添加0(对照组)、10%、15%、20%的BSG。
采用尼龙袋法测定添加不同水平BSG后各组饲粮6、12、24、36、48、72 h的DM、有机物(organic matter,OM)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、粗蛋白质(crude protein,CP)的瘤胃降解率，并根据不同时间点各养分瘤胃降解率测定其快速降解部分、慢速降解部分及潜在降解部分，以计算养分的瘤胃有效降解率，采用内源指示剂法测定饲粮养分表观消化率。
试验期为68 d，分4期，每期17 d，包括14 d的预试期和3 d的正试期(采样期)。
试验羊采用单笼饲养，日饲喂2次(06:30和18:30)，精粗比例为40∶ 60，采用先精后粗的饲喂方式，BSG为烘干样，随精料饲喂，粗料由羊草和花生蔓(各占1/2)组成。试验羊自由饮水，常规光照、驱虫及管理。精料组成及营养水平见表2。
| 表2 精料组成及营养水平(干物质基础) Table 2 Composition and nutrient levels of the concentrate (DM basis) % |
饲粮、尼龙袋残渣及粪样中的DM、OM、NDF、ADF、CP的含量测定参照张丽英[6]主编的《饲料分析及饲料质量检测技术》中的方法。
尼龙袋用油性记号笔标号后在瘤胃内预处理72 h后，65 ℃烘干至恒重，备用。待测样品为4组试验饲粮，粉碎至40目(65 ℃烘至恒重，约48 h)，取2 g(精确至0.000 1 g)装入尼龙袋中，每个待测样品设3个重复，通过瘤胃瘘管放入瘤胃内培养6、12、24、36、48、72 h。于相应时间点取出尼龙袋，在冷水中浸泡0.5 h后，用流水缓慢冲洗，直到水澄清为止，一般为10~15 min[7, 8, 9]。将冲洗干净的尼龙袋放入65 ℃烘箱内，烘至恒重(48~60 h)。取出冷却、称重并准确记录尼龙袋和样品重量，将样品放入干燥器内保存待测。
式中：A为待测饲粮某养分的瘤胃降解率(%)；B为待测饲粮某养分的含量(g)；C为残渣中某养分含量(g)。
在每个正试期内，记录试验羊的采食量，每天早、晚各采集100 g左右的新鲜粪样，加少许10%的盐酸立即冷冻保存；每期试验结束后，每头试验羊的所有粪样全部混合，搅拌均匀并取适量65 ℃烘干测定初水分，粉碎过40目筛，测定粪样中的养分表观消化率。
采用酸不溶灰分作为内源指示剂，测定饲粮及粪样中的酸不溶灰分含量，参考Van Keulen等[12]和McCarthy等[13]的方法。
AIA=[(Wf-Wc)/Ws]×100。式中：AIA为酸不溶灰分含量(%)；Wf为坩埚和灰分质量(g)；Wc为空坩埚质量(g)；Ws为风干样品质量(g)。
式中：AD为某养分表观消化率(%)，AIA饲粮和AIA粪分别为饲粮和粪中酸不溶灰分含量(%)。
试验数据采用Excel进行初步分析，使用SPSS 17.0软件进行方差分析，Duncan氏法多重比较进行组间差异显著性检验，结果用“平均值±标准差”表示，以P<0.01和P<0.05分别表示差异显著和极显著判断标准。
由表3可知，15%组的DM瘤胃降解率在6、12、24和36 h时均显著高于对照组(P<0.05)，与20%组无显著差异(P>0.05)，在12和24 h时显著高于10%组(P<0.05)，在6、12、24和36 h时，10%组、20%组的DM瘤胃降解率与对照组相比均无显著差异(P>0.05)；48及72 h时，15%组的DM瘤胃降解率极显著高于其他各组(P<0.01)，10%组和20%组的DM瘤胃降解率显著或极显著高于对照组(P<0.05或P<0.01)，这2组间无显著差异(P>0.05)。DM的快速降解部分以10%组最高，15%组次之，这提示与对照组和20%组相比，15%组具有较高的可利用DM；DM的慢速降解部分以15%组最高，极显著高于对照组和10%组(P<0.01)，且慢速降解部分的降解速率显著高于其他各组(P<0.05)；因而得出的DM的瘤胃有效降解率也以15%组最高，极显著高于其他各组(P<0.01)，其他各组间无显著差异(P>0.05)。
| 表3 啤酒糟添加水平对饲粮干物质瘤胃降解率和降解特性的影响
Table 3 Effects of supplemental level of BSG on ruminal degradation rate and characteristics of DM in diets
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由表4可知，各时间点OM瘤胃降解率均以15%组最高，10%组次之，20%组再次之，对照组最低，同一时间点间组间差异均极显著(P<0.01)。OM的快速降解部分和潜在降解部分与各时间点OM瘤胃降解率变化规律一致，即15%组>10%组>20%组>对照组，组间差异极显著(P<0.01)；15%组OM的慢速降解部分极显著高于其他各组(P<0.01)，10%组极显著高于对照组和20%组(P<0.01)，20%组与对照组差异不显著(P>0.05)；15%组OM的慢速降解部分的降解速率显著高于其他各组(P<0.05)，其他各组间差异不显著(P>0.05)；15%组OM的瘤胃有效降解率极显著高于其他各组(P<0.01)，10%组和20%组极显著高于对照组(P<0.01)，这2组间差异不显著(P>0.05)。
| 表4 啤酒糟添加水平对饲粮有机物瘤胃降解率和降解特性的影响
Table 4 Effects of supplemental level of BSG on ruminal degradation rate and characteristics of OM in diets
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由表5可知，各组NDF的降解主要集中在24 h内，各组NDF的24 h瘤胃降解率无显著差异(P>0.05)，之后各时间点的NDF瘤胃降解率逐渐趋于平稳，以15%组最高，36 h时15%组的NDF瘤胃降解率显著高于对照组(P<0.05)，10%组和20%组与其他2组均无显著差异(P>0.05)；至48及72 h时，15%组的NDF瘤胃降解率显著或极显著高于其他各组(P<0.05或P<0.01)，10%组显著或极显著高于对照组和20%组(P<0.01或P<0.05)，20%组与对照组无显著差异(P>0.05)。各组NDF的快速降解部分和慢速降解部分均以15%组最高，显著或极显著高于其他各组(P<0.05或P<0.01)；15%组NDF的慢速降解部分的降解速率显著高于其他各组(P<0.01)；因而得出15%组的NDF瘤胃有效降解率也极显著高于其他各组(P<0.01)，10%组显著高于对照组和20%组(P<0.05)，对照组和20%组无显著差异(P>0.05)。
| 表5 啤酒糟添加水平对饲粮中性洗涤纤维瘤胃降解率和降解特性的影响
Table 5 Effects of supplemental level of BSG on ruminal degradation rate and characteristics of NDF in diets
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由表6可知，各组ADF的瘤胃降解趋势基本一致，均主要集中在24 h以内，之后各时间点的降解率升高幅度变慢；24和36 h时，15%组和20%组的ADF瘤胃降解率显著高于对照组(P<0.05)，10%组、15%组和20%组之间无显著差异(P>0.05)；48 h时各组ADF瘤胃降解率无显著差异(P>0.05)；对照组和10%组ADF的72 h瘤胃降解率显著低于15%组(P<0.05)，但与20%组无显著差异(P>0.05)，15%组与20%组之间无差异显著(P>0.05)。ADF的快速降解部分各组间差异极显著(P<0.01)，以10%组最高，20%组最低；ADF的慢速降解部分以20%组最高，极显著高于其他各组(P<0.01)，10%组最低，极显著低于其他各组(P<0.01)；以上结果提示，各组间ADF的慢速降解部分的可利用程度与快速降解部分达到平衡，因而各组的ADF瘤胃有效降解率之间无显著差异(P>0.05)。
| 表6 啤酒糟添加水平对饲粮酸性洗涤纤维瘤胃降解率和降解特性的影响
Table 6 Effects of supplemental level of BSG on ruminal degradation rate and characteristics of ADF in diets
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由表7可知，12~36 h内对照组的CP瘤胃降解率与其他各组均无显著差异(P>0.05)，说明各组CP在36 h内的降解程度接近；48 h时的CP瘤胃降解率随BSG添加水平的增加逐渐降低，以对照组最高，显著高于15%组和20%组(P<0.05)，与10%组无显著差异(P>0.05)，10%组、15%组和20%组间无显著差异(P>0.05)；72 h时各组的CP瘤胃降解率无显著差异(P<0.05)。与对照组相比，10%、15%和20%组的CP的快速降解部分无显著变化(P>0.05)；15%组和20%组CP的慢速降解部分显著高于对照组(P<0.05)，与10%组无显著差异(P>0.05)；各组CP慢速降解部分的降解速率无显著差异(P>0.05)；因而对照组的CP瘤胃有效降解率显著高于15%组和20%组(P<0.05)，与10%组无显著差异(P>0.05)，10%组、15%组和20%组之间无显著差异(P>0.05)。
| 表7 啤酒糟添加水平对饲粮粗蛋白质瘤胃降解率和降解特性的影响
Table 7 Effects of supplemental level of BSG on ruminal degradation rate and characteristics of CP in diets
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由表8可知，各养分采食量和表观消化率均随BSG添加水平的增加呈先上升后下降趋势，DM、OM、NDF、ADF和CP采食量以15%组最高，除ADF采食量与20%组无显著差异(P>0.05)外，15%组的其余采食量指标均显著高于其他各组(P<0.05)；与对照组相比，10%组和20%组的DM、OM、NDF、ADF、CP采食量均显著升高(P<0.05)。DM、OM、NDF、ADF、CP表观消化率均以15%组最高，显著高于对照组(P<0.05)，但与其他2组无显著差异(P>0.05)，10%组和20%组的DM、OM、NDF、ADF、CP表观消化率无显著差异(P>0.05)，除20%组的NDF表观消化率显著高于对照组(P<0.05)外，10%组和20%组其余各项养分表观消化率与对照组均无显著差异(P>0.05)。
| 表8 啤酒糟添加水平对养分采食量和表观消化率的影响
Table 8 Effects of supplemental level of BSG on intake and apparent digestibilities of nutrients
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康奈尔净碳水化合物和蛋白质体系(Cornell net carbohydrates and protein system,CNCPS)将饲粮碳水化合物部分分为4大类：快速降解部分、中速降解部分、慢速降解部分和不可降解细胞壁，其中前2部分构成了饲粮的非结构碳水化合物(NSC)部分，后2部分构成了饲粮的结构碳水化合物(SC)部分。本试验结果表明，添加BSG可提高DM、OM瘤胃降解率和有效降解率，15%组的DM、OM的快速降解部分、慢速降解部分及其降解速率均高于其他组，即提高了饲粮的潜在可利用部分，15%组的DM、OM瘤胃降解率和有效降解率随之提高；20%组的DM、OM慢速降解部分增加，但其慢速降解部分的降解速率降低，DM、OM瘤胃降解率和有效降解率随之降低。推断其原因可能是添加BSG可提高饲粮的蛋白质水平，添加水平在15%时可促进瘤胃微生物生长，提高微生物菌体蛋白产量和纤维素分解酶活性，促进纤维物质分解利用[14]；由BSG营养成分(表1)可知，BSG中NDF含量较高，可使纤维物质的慢速降解部分和不消化部分的比例增加，即SC/NSC提高，20%组的DM、OM慢速降解部分提高，但慢速降解部分的降解速率降低，DM、OM瘤胃降解率和有效降解率随之降低，饲粮在瘤胃中的滞留时间延长，瘤胃充盈程度提高，导致DM、OM采食量降低。霍鲜鲜等[15]与谭支良[16]均研究认为，在反刍动物饲粮中有一个理想的SC/NSC可使得纤维物质的消化率达到最高。禹爱兵等[17]和吴秋钰等[18]研究表明，随SC/NSC的降低，DM和OM瘤胃降解率显著升高。本试验结果与上述结果一致。
NDF主要是不溶性的非淀粉多糖和木质素，由纤维素、半纤维素和木质素组成，是饲粮中的不溶性纤维。反刍动物对饲粮纤维物质的消化主要依靠瘤胃微生物产生的纤维素分解酶，纤维成分的瘤胃降解率随在瘤胃中滞留时间的延长相应增加。Cheema等[19]认为，当饲粮CP水平升高时，瘤胃微生物数量增加、活性增强，可提高DM和纤维成分的消化率。本试验结果表明，10%组和15%组的饲粮NDF瘤胃降解率和有效降解率均高于对照组，且这2组的快速降解部分和慢速降解部分均显著高于对照组，慢速降解部分的降解速率也较高，说明饲粮中添加10%~15%的BSG水平时不会降低NDF的瘤胃降解率和有效降解率，反而可以提高饲粮中NDF的潜在可利用部分。NDF的降解率主要取决于其慢速降解部分的可消化程度及在瘤胃中的流通速率，饲粮中能量和蛋白质降解的速率匹配与否也是影响纤维成分消化率的重要因素之一。本试验中20%组的NDF瘤胃降解率和有效降解率低于15%组，可能是由于BSG提高了饲粮NDF和过瘤胃蛋白质含量的缘故。由BSG营养成分可知，BGS中粗脂肪和NDF含量较高，而ADF含量较少，易降解为挥发性脂肪酸，产生可利用能，BSG添加水平为15%时，饲粮中NDF含量升高，NDF分解产生的可利用能与瘤胃内的氮浓度相平衡，NDF瘤胃降解率达到最大，BSG添加水平提高至20%时，虽可提供一定量的氮源，但由于BSG中的CP瘤胃降解率较低，限制了瘤胃微生物的生长繁殖，导致瘤胃微生物活性和NDF瘤胃降解率降低，瘤胃中淀粉和纤维素分解菌对氮源的竞争作用可进一步限制NDF慢速降解部分的降解速率，因此推测，这可能是NDF瘤胃降解率和有效降解率降低的主要原因。Valkeners等[20]研究表明，虽然饲粮中能氮不平衡对十二指肠微生物氮和微生物的生长效率无影响，但是却显著降低NDF降解率。本试验结果与上述一致。
NDF包括纤维素、半纤维素和木质素，ADF包括纤维素和木质素，作为NDF的一部分，NDF的降解率在一定程度上影响ADF的有效降解率，本试验中，饲粮的ADF瘤胃降解率随BSG添加水平增加而提高，但ADF瘤胃有效降解率并无显著提高，可能是由于BSG中ADF含量低于NDF含量，NDF水平的提高虽相应提高了ADF含量，但ADF本身不易被瘤胃微生物降解，影响其在消化道的吸收利用。饲粮ADF快速降解部分在BSG添加水平为10%时到达最高，随后开始降低，可能是由于BSG增加了饲粮中ADF的快速降解部分，ADF快速降解部分产生能量的速率与BSG增加所补充的CP部分降解产生的氨氮浓度较为匹配，瘤胃微生物的生长繁殖加快，瘤胃消化能力增强，但BSG添加水平的进一步提高未能提供足够的可与NDF释放速率相匹配的氨氮浓度，BSG添加水平超过10%后，NDF和ADF快速降解部分下降，慢速降解部分升高，NDF的消化率下降的同时也影响了ADF瘤胃降解率，而ADF慢速降解部分的降解速率的提高幅度较小，这也影响了ADF在瘤胃中的降解率，故BSG水平的高低能影响ADF的72 h瘤胃降解率但对有效降解率无影响。因此可知，供给瘤胃微生物足够的氮源对获得最大纤维消化能力是非常重要的[21]，应该找到适合的氮源比例从而保证反刍动物的营养需要和最适合瘤胃微生物生长环境之间的平衡点[22]，使饲粮纤维物质在瘤胃中的降解率得到最大程度的提高。
饲粮中的蛋白质在瘤胃内降解产生的氮源是维持瘤胃微生物生长繁殖的主要来源，蛋白质在瘤胃中的降解速率主要取决于饲粮本身的特性，饲粮在瘤胃内发酵时间的长短决定了可溶性和非可溶性蛋白质的降解程度。蛋白质的降解率是其在瘤胃内停留时间的函数[10]，Cheema等[19]报道的饲粮CP水平与表观消化率呈正相关，本试验中CP的瘤胃降解率和有效降解率随BSG添加水平的提高逐渐下降，其中以对照组的CP瘤胃降解率和有效降解率最高，与上述研究结果相反。刘学杰[23]研究表明，BSG中的CP含量相当丰富，这些CP大部分是不溶性的，在瘤胃中降解度较小，少量的经过瘤胃发酵而提供B族维生素和其他养分。本试验中CP的瘤胃降解率和有效降解率逐渐下降的原因可能与BSG本身的特性有关，啤酒酿制过程中温度的升高使得麦芽中的蛋白质和糖发生了非酶褐变反应，其结合产物可提高BSG中非可溶性蛋白即过瘤胃蛋白质的含量，过瘤胃蛋白质不易被瘤胃中的微生物分解利用，降低了BSG中CP在瘤胃中可消化率，随着BSG添加水平的提高，饲粮中过瘤胃蛋白质含量相应增加，BSG本身的降解特性可增加饲粮CP的慢速降解部分，降低饲粮CP瘤胃降解率，此时CP的瘤胃降解率与BSG添加水平的提高呈相反趋势，导致CP的瘤胃有效降解率随之下降。本试验结果与上述研究结果相符。
饲粮养分表观消化率是影响反刍动物采食量的重要因素之一，饲粮养分瘤胃降解率和表观消化率增加的同时，各养分采食量也相应得到提高。本试验结果表明，添加BSG可不同程度提高各养分采食量和表观消化率，其中BSG添加水平达到15%时各项养分采食量和表观消化率指标最高，达到20%时开始下降，这表明添加BSG有利于饲粮中纤维物质的分解，可在一定程度上促进饲粮营养物质的分解，提高饲粮有效利用率。推断其原因可能与BSG本身特性有关，BSG本身NDF和过瘤胃蛋白质含量较高，NDF含量增加可提高饲粮慢速降解部分和快速降解部分的比例，即SC/NSC，瘤胃微生物对SC部分的降解能力有限，15%组的SC/NSC可能较为适宜，此时慢速降解部分分解产生的可利用能和CP的分解产生氨氮的浓度较为匹配，在一定程度上促进了瘤胃微生物的生长繁殖，饲粮养分得到了充分的消化和利用，尚未消化部分经过小肠液的分解和肠壁的吸收后能更进一步地被吸收和利用，提高了养分的表观消化率；BSG添加水平的进一步提高使瘤胃中SC未消化含量增加，降低了养分采食 量，使瘤胃中饲粮养分的慢速降解部分和不可降解部分含量增加，各养分表观消化率也受到影响。吴秋钰等[24]研究认为，DM和OM采食量随着饲粮中易消化碳水化合物和精料比例降低与NDF含量上升而下降。张立涛等[25]认为，饲粮不同NDF含量显著影响肉羊的DM采食量、料重比和养分的表观消化率。Valdés等[26]通过羊的自由采食试验得出，增加饲粮中粗料的比例会降低DM和OM的表观消化率。本试验结果与上述研究结果具有一定相似性。
综合考虑饲粮养分的瘤胃降解特性、采食量和表观消化率得出，本试验条件下，饲粮DM基础上添加15% BSG为最佳。
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